LTS-4817CKS-P LED-Display Datenblatt - 0,39 Zoll Zeichenhöhe - AlInGaP Gelb - 2,6V Durchlassspannung - 70mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Das LTS-4817CKS-P ist ein hochwertiges, oberflächenmontierbares LED-Einzelzeichendisplaymodul. Es ist für Anwendungen konzipiert, die klare, helle numerische Anzeigen in kompakter Bauform erfordern. Das Bauteil nutzt fortschrittliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) LED-Chip-Technologie, die auf einem GaAs-Substrat gewachsen ist und für ihre hohe Effizienz und ausgezeichnete Farbreinheit, insbesondere im gelben Spektrum, bekannt ist. Das Display verfügt über eine graue Front mit weißen Segmenten, was einen hohen Kontrast für optimale Lesbarkeit bietet. Es ist als Common-Anode-Bauteil konfiguriert, eine Standardkonfiguration zur Vereinfachung der Ansteuerschaltung in Mehrfachanzeigen, und beinhaltet einen rechtsseitigen Dezimalpunkt.

1.1 Hauptmerkmale und Vorteile

• Kompakte Bauweise:Zeichenhöhe von 0,39 Zoll (10,0 mm), ideal für platzbeschränkte Anwendungen.
• Hervorragende optische Leistung:Bietet hohe Helligkeit und hohen Kontrast, selbst bei guter Umgebungsbeleuchtung.
• Großer Betrachtungswinkel:Gewährleistet gleichmäßige Sichtbarkeit aus einem weiten Blickwinkelbereich.
• Geringer Stromverbrauch:Für energieeffizienten Betrieb ausgelegt, mit einem typischen Segmentstrom von 20mA.
• Gleichmäßige Segmentausleuchtung:Durchgehende, einheitliche Segmente sorgen für ein sauberes und professionelles Erscheinungsbild.
• Hohe Zuverlässigkeit:Die Festkörperbauweise bietet lange Lebensdauer und Robustheit gegen Stöße und Vibrationen.
• Qualitätssicherung:Die Bauteile werden nach Lichtstärke kategorisiert, um gleichbleibende Helligkeitswerte über alle Produktionschargen sicherzustellen.
• Umweltkonformität:Das Gehäuse ist bleifrei und entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).

1.2 Zielanwendungen und Märkte

Dieses Display ist ideal für eine Vielzahl elektronischer Geräte, die numerische Anzeigen benötigen. Typische Anwendungen sind Industriemessgeräte (z.B. Panel-Meter, Timer, Zähler), Haushaltsgeräte (z.B. Mikrowellen, Waschmaschinen, Audiogeräte), Automobilarmaturenbretter (für Zusatzdisplays), Medizingeräte sowie Prüf- und Messgeräte. Das SMD-Gehäuse (Surface Mount Device) macht es perfekt geeignet für automatisierte Bestückungsprozesse, was die Fertigungskosten senkt und die Zuverlässigkeit in der Serienfertigung erhöht.

2. Technische Parameter und objektive Interpretation

Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Analyse der elektrischen und optischen Spezifikationen des Bauteils gemäß Datenblatt.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Ein Betrieb bei oder nahe diesen Grenzen wird für den Normalbetrieb nicht empfohlen.

• Verlustleistung pro Segment:70 mW. Dies ist die maximale Leistung, die ein einzelnes LED-Segment sicher als Wärme abführen kann.
• Spitzen-Durchlassstrom pro Segment:60 mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Dieser Wert gilt nur für den Pulsbetrieb und sollte nicht für kontinuierliche Gleichstromansteuerung verwendet werden.
• Dauer-Durchlassstrom pro Segment:25 mA bei 25°C. Dieser Strom muss oberhalb von 25°C Umgebungstemperatur linear mit 0,28 mA/°C reduziert werden. Beispiel: Bei 85°C beträgt der maximal zulässige Dauerstrom etwa: 25 mA - (0,28 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 8,2 mA.
• Betriebs- und Lagertemperaturbereich:-35°C bis +105°C. Das Bauteil ist für industrielle Temperaturbereiche ausgelegt.
• Löttemperatur:Hält 260°C für 3 Sekunden in 1/16 Zoll (ca. 1,6mm) unterhalb der Auflageebene stand, was dem Standard für bleifreie Reflow-Prozesse entspricht.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen (typisch bei 25°C)

Diese Parameter beschreiben die Leistung des Bauteils unter normalen Betriebsbedingungen.

• Lichtstärke (I_V):Die Lichtausbeute ist stromabhängig. Bei einem niedrigen Strom von 1mA beträgt die typische Lichtstärke 650 µcd (Mikrocandela). Beim Standard-Prüfstrom von 10mA steigt sie deutlich auf 8450 µcd. Entwickler müssen den Ansteuerstrom basierend auf der benötigten Helligkeit und dem Leistungsbudget wählen.
• Durchlassspannung (V_F):2,6V typisch bei I_F=20mA. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung. Der Minimalwert beträgt 2,05V, was auf Variationen zwischen einzelnen LEDs hinweist.
• Spitzen-/Dominante Wellenlänge (λ_p/λ_d):588 nm (Spitze) und 587 nm (dominant). Dies bestätigt die Emission im gelben Bereich des sichtbaren Spektrums.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):15 nm. Diese schmale Bandbreite ist charakteristisch für AlInGaP-Technologie und trägt zum reinen Farbeindruck bei.
• Sperrstrom (I_R):100 µA maximal bei V_R=5V. Dieser Parameter dient nur Prüfzwecken; eine kontinuierliche Sperrvorspannung ist kein normaler Betriebszustand.
• Lichtstärke-Abgleichverhältnis:Maximal 2:1 für Segmente innerhalb desselben Bauteils. Das bedeutet, das dunkelste Segment ist mindestens halb so hell wie das hellste Segment, was ein einheitliches Erscheinungsbild sicherstellt.
• Übersprechen:≤ 2,5%. Dies gibt die maximale Menge an unerwünschtem Licht von einem benachbarten, unbeleuchteten Segment an, was für die Anzeigenschärfe wichtig ist.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt gibt an, dass die Bauteile \"nach Lichtstärke kategorisiert\" sind. Dies impliziert einen Binning-Prozess, bei dem die LEDs nach der Fertigung basierend auf der gemessenen Lichtausbeute (in µcd) bei einem spezifizierten Prüfstrom (wahrscheinlich 10mA oder 20mA) sortiert werden. Dies stellt sicher, dass Kunden Bauteile mit konsistenten Helligkeitsstufen erhalten. Obwohl die spezifischen Bin-Codes in diesem Dokument nicht detailliert sind, sollten Entwickler den Hersteller zu verfügbaren Intensitäts-Bins konsultieren, um Konsistenz in ihrer Anwendung zu gewährleisten, insbesondere bei der Verwendung mehrerer Displays nebeneinander.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf \"Typische elektrische / optische Kennlinien\". Obwohl die spezifischen Graphen im Text nicht enthalten sind, umfassen Standardkurven für solche Bauteile typischerweise:

• I-V (Strom-Spannungs-) Kurve:Zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannung und Durchlassstrom. Sie ist nichtlinear, mit einem steilen Stromanstieg, sobald die Durchlassspannung die Schwellenspannung der Diode (ca. 2V für AlInGaP) überschreitet.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Diese Kurve ist über einen weiten Bereich im Allgemeinen linear. Die Lichtstärke steigt proportional zum Strom, bis zum Punkt der thermischen Sättigung.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtausbeute mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. AlInGaP-LEDs weisen einen negativen Temperaturkoeffizienten auf, d.h. die Helligkeit sinkt mit steigender Temperatur.
• Spektrale Verteilung:Ein Graph, der die relative Lichtausbeute über die Wellenlängen zeigt, zentriert um 587-588 nm mit der spezifizierten 15 nm Halbwertsbreite.

Entwickler sollten diese Kurven nutzen, um Ansteuerbedingungen zu optimieren, thermische Effekte zu verstehen und die Leistung unter verschiedenen Betriebsumgebungen vorherzusagen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem SMD-Gehäuse untergebracht. Wichtige dimensionale Angaben aus dem Datenblatt umfassen: Alle Maße sind in Millimetern mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm. Spezifische Qualitätskontrollen gelten für die Displayfront: Fremdmaterial auf einem Segment muss ≤10 mils sein, Tintenverschmutzung auf der Oberfläche ≤20 mils, Blasen in einem Segment ≤10 mils und Verbiegung des Reflektors ≤1% seiner Länge. Der Grat des Kunststoffstifts ist auf maximal 0,14 mm begrenzt. Diese Spezifikationen gewährleisten ein konsistentes physisches Erscheinungsbild und zuverlässige Montage.

5.2 Pinbelegung und Polarität

Das interne Schaltbild und die Pinbelegungstabelle zeigen eine Common-Anode-Konfiguration für die 7-Segment-Ziffer und den Dezimalpunkt. Die beiden Common-Anode-Pins (Pin 3 und 8) sind intern verbunden. Die Kathoden für die Segmente A bis G und den Dezimalpunkt (DP) befinden sich auf separaten Pins (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). Pin 5 ist als Kathode für den rechtsseitigen Dezimalpunkt gekennzeichnet. Die korrekte Polung ist für den Schaltungsentwurf kritisch, um eine Sperrvorspannung der LEDs zu vermeiden.

5.3 Empfohlenes Lötpad-Layout

Ein Land Pattern Diagramm wird zur Unterstützung des Leiterplattenentwurfs (PCB) bereitgestellt. Die Einhaltung dieses empfohlenen Layouts, das angemessene Pad-Größe, Abstände und thermische Entlastungsmerkmale beinhaltet, ist für zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Lötens und für die mechanische Integrität der Verbindung unerlässlich.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

6.1 SMT-Lötanleitung

Das Bauteil ist für Reflow-Löten ausgelegt. Kritische Anweisungen umfassen:

• Reflow-Profil:Maximale Spitzentemperatur von 260°C. Eine Vorwärmphase von 120-150°C für maximal 120 Sekunden wird empfohlen.
• Prozessgrenze:Die Anzahl der Reflow-Prozesszyklen muss kleiner als zwei sein. Bei Bedarf für einen zweiten Durchgang (z.B. für doppelseitige Platinen) ist eine vollständige Abkühlung auf normale Umgebungstemperatur zwischen dem ersten und zweiten Lötprozess erforderlich.
• Handlöten:Bei Verwendung eines Lötkolbens sollte die Spitzentemperatur 300°C nicht überschreiten und die Kontaktzeit auf maximal 3 Sekunden begrenzt sein.

Die Einhaltung dieser Richtlinien verhindert thermische Schäden an den LED-Chips, dem Kunststoffgehäuse und den internen Bonddrähten.

6.2 Feuchtigkeitssensitivität und Lagerung

Die SMD-Displays werden in feuchtigkeitsdichter Verpackung geliefert. Sie müssen bei 30°C oder weniger und 60% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger gelagert werden. Sobald der versiegelte Beutel geöffnet ist, beginnen die Bauteile, Feuchtigkeit aus der Atmosphäre aufzunehmen. Wenn die Teile nicht sofort verwendet und nicht in einer kontrollierten trockenen Umgebung (z.B. einem Trockenschrank) gelagert werden, müssen sie vor dem Reflow-Löten getrocknet (gebaked) werden, um \"Popcorning\" oder Delaminierung durch schnelle Dampfausdehnung während des Hochtemperatur-Reflow-Prozesses zu verhindern. Das Datenblatt gibt spezifische Trocknungsbedingungen an: 60°C für ≥48 Stunden für Teile auf Spulen oder 100°C für ≥4 Stunden / 125°C für ≥2 Stunden für Teile in loser Schüttung. Das Trocknen sollte nur einmal durchgeführt werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Das Bauteil wird auf geprägter Trägerbahn geliefert, die auf Spulen aufgewickelt ist und für automatisierte Pick-and-Place-Maschinen geeignet ist.

• Spulendimensionen:Standard-Spulengrößen von 13 Zoll und 22 Zoll sind angegeben.
• Trägerbahn:Abmessungen sind angegeben und entsprechen dem EIA-481-C Standard. Die Bahndicke beträgt 0,40 ±0,05 mm.
• Packungsmengen:Eine 13-Zoll-Spule enthält 800 Stück. Eine 22-Zoll-Spule enthält eine Bahnlänge von 45,5 Metern. Die Mindestpackungsmenge für Restposten beträgt 200 Stück.
• Leader und Trailer:Die Bahn beinhaltet einen Leader (mindestens 400mm) und einen Trailer (mindestens 40mm) zur Erleichterung des Maschinenladens.

7.2 Artikelnummer und Revision

Die Basis-Artikelnummer ist LTS-4817CKS-P. Das Suffix \"-P\" kann eine spezifische Variante oder Verpackungsart anzeigen. Das Datenblatt selbst hat einen Revisionsverlauf (Revision A, gültig ab 11.01.2020), und Entwickler müssen stets die neueste Revision verwenden, um sicherzustellen, dass sie die aktuellsten Spezifikationen haben.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsschaltung

Für ein Common-Anode-Display wie das LTS-4817CKS-P werden die Anoden (Pin 3 & 8) mit einer positiven Versorgungsspannung (V_CC) verbunden. Jeder Kathoden-Pin (für die Segmente A-G und DP) wird mit einem Vorwiderstand und dann mit dem Ausgang eines Treiber-ICs (z.B. eines Decoder/Treibers oder eines Mikrocontroller-GPIO-Pins) verbunden. Der Treiber zieht Strom auf Masse, um das Segment zu beleuchten. Der Wert des Vorwiderstands (R_LIMIT) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F, wobei V_F die Durchlassspannung der LED ist (typisch 2,6V verwenden) und I_F der gewünschte Durchlassstrom ist (z.B. 10mA oder 20mA).

8.2 Designüberlegungen

• Stromansteuerung:Die LED niemals ohne Strombegrenzung (Widerstand oder Konstantstromtreiber) direkt an eine Spannungsquelle anschließen, um thermisches Durchgehen und Zerstörung zu verhindern.
• Multiplexing:Für Mehrfachanzeigen wird häufig eine Multiplexing-Technik verwendet, um viele Segmente mit weniger Treiber-Pins zu steuern. Dabei wird die Versorgungsspannung für die Common-Anode jeder Ziffer schnell zyklisch geschaltet. Die Spitzenstrombelastbarkeit des LTS-4817CKS-P (60 mA gepulst) ermöglicht höhere Momentanströme während des Multiplexings, um die gewünschte Durchschnittshelligkeit zu erreichen.
• Thermisches Management:Obwohl das Bauteil selbst eine geringe Verlustleistung hat, sollte das Leiterplattenlayout die Wärmeableitung berücksichtigen, insbesondere bei höheren Strömen oder hohen Umgebungstemperaturen. Eine ausreichende Kupferfläche um die Pads kann helfen.
• ESD-Schutz:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Während der Bestückung sollten Standard-ESD-Handhabungsvorkehrungen beachtet werden.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das LTS-4817CKS-P differenziert sich durch die Verwendung von AlInGaP-Technologie für gelbe Emission. Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) bietet AlInGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Ansteuerstrom zu hellerer Ausgabe, besserer Temperaturstabilität und überlegener Farbreinheit (schmalere spektrale Breite) führt. Das SMD-Gehäuse und die 0,39-Zoll-Zifferngröße positionieren es gut gegenüber anderen SMD-Numerikanzeigen und bieten einen Kompromiss zwischen Lesbarkeit und Platzeinsparung. Die Intensitäts-Binning ist ein wichtiger Qualitätsunterschied für Anwendungen, die ein einheitliches Erscheinungsbild erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F1: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge (λ_p) und dominanter Wellenlänge (λ_d)?

A1: Die Spitzenwellenlänge ist die Wellenlänge, bei der das Emissionsspektrum seine maximale Intensität hat. Die dominante Wellenlänge ist die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die der wahrgenommenen Farbe der LED-Ausgabe entspricht. Für eine schmalbandige LED wie diese liegen sie sehr nahe beieinander (587nm vs 588nm).

F2: Kann ich diese LED dauerhaft mit 25mA betreiben?

A2: Ja, aber nur, wenn die Umgebungstemperatur (T_a) bei oder unter 25°C liegt. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss der Strom gemäß dem spezifizierten Reduktionsfaktor von 0,28 mA/°C reduziert werden, um die maximale Sperrschichttemperatur nicht zu überschreiten und die Zuverlässigkeit zu erhalten.

F3: Warum ist der Sperrstromtest wichtig, wenn ich es nicht in Sperrrichtung betreiben sollte?

A3: Der I_R-Test ist eine Qualitätskontrollmaßnahme. Ein hoher Sperrstrom kann auf einen Defekt in der PN-Sperrschicht des LED-Chips hinweisen.

F4: Mein Bestückungsprozess erfordert zwei Reflow-Durchläufe. Ist das erlaubt?

A4: Ja, aber es ist streng auf maximal zwei Durchläufe begrenzt. Sie müssen sicherstellen, dass die Platine und die Bauteile zwischen dem ersten und zweiten Reflow-Zyklus vollständig auf Raumtemperatur abkühlen.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Szenario: Entwurf einer einfachen digitalen Timer-Anzeige.

Ein Entwickler entwirft einen Countdown-Timer mit einer 2-stelligen Anzeige für Minuten und Sekunden. Er würde zwei LTS-4817CKS-P Bauteile verwenden. Die Common-Anodes jeder Ziffer würden mit separaten GPIO-Pins eines Mikrocontrollers verbunden, die als Ausgänge konfiguriert sind. Die 14 Kathoden-Pins (7 Segmente + DP pro Ziffer) würden über beide Ziffern hinweg zusammengeschaltet (d.h. alle 'A'-Segment-Kathoden verbunden, alle 'B'-Segment-Kathoden verbunden usw.) und jeweils mit einem Vorwiderstand und dann mit einem GPIO-Pin oder einem externen Treiber-IC verbunden, der den benötigten Strom senken kann. Der Mikrocontroller würde Zeitmultiplexing verwenden: Er würde die Anode für die 'Minuten'-Ziffer einschalten, das Kathodenmuster für die gewünschte Minutenzahl setzen, kurz warten (z.B. 5ms), dann diese Anode ausschalten, die Anode für die 'Sekunden'-Ziffer einschalten, das Kathodenmuster für die Sekunden setzen, warten und wiederholen. Dies geschieht schneller, als das menschliche Auge wahrnehmen kann, und erzeugt die Illusion, dass beide Ziffern kontinuierlich leuchten. Der rechtsseitige Dezimalpunkt jeder Ziffer könnte als blinkender Doppelpunkt-Separator zwischen Minuten und Sekunden verwendet werden.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Das LTS-4817CKS-P basiert auf AlInGaP-Halbleitermaterial, das epitaktisch auf einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat gewachsen ist. Wenn eine Durchlassspannung an die PN-Sperrschicht dieses Materials angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung der Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphid-Atome im Kristallgitter bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts vorgibt. Für dieses Bauteil ist die Zusammensetzung so eingestellt, dass Photonen im gelben Wellenlängenbereich (~587-588 nm) erzeugt werden. Der Chip wird dann mit einem geformten Kunststofflinsen-Gehäuse versehen, das die Lichtausgabe formt und Umweltschutz bietet.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei Displaytechnologien wie dem LTS-4817CKS-P geht zu noch höherer Effizienz, was hellere Anzeigen bei geringerem Stromverbrauch ermöglicht, was für batteriebetriebene Geräte entscheidend ist. Es gibt auch einen kontinuierlichen Trend zur Miniaturisierung bei gleichbleibender oder verbesserter Lesbarkeit. Integration ist ein weiterer Trend, wobei Treiberelektronik manchmal in das Displaymodul selbst integriert wird, um den Systementwurf zu vereinfachen. Darüber hinaus verbessern Fortschritte in Materialien und Gehäusen die thermische Leistung und Langzeitzuverlässigkeit von LEDs, sodass sie in anspruchsvolleren Umgebungen eingesetzt werden können. Während Vollfarb-, Punktmatrix- und OLED-Displays in High-End-Anwendungen expandieren, bleiben Einzelziffern-, monochromatische LED-Displays wie dieses aufgrund ihrer Einfachheit, Robustheit, niedrigen Kosten und ausgezeichneten Lesbarkeit unter verschiedenen Lichtverhältnissen hochrelevant.